g. Le moulage par injection et réaction (MIR)
D. Propriétés diélectriques de la famille des papiers
Nous avons également calculé les paramètres diélectriques de quelques papiers de grade différents, et ce grâce aux mesures réalisées avec la cavité EM. Nous présentons ci-dessous les résultats obtenus sur 8 échantillons, à 2.45GHz (Tabl. IV-3).
Matériau ε'r ± 0.02 @ 2.45 GHz (tan δ ± 0.02) x 10-3 @ 2.45 GHz p1 1.60 6.4 p2 1.68 7 p3 1.60 11.9 p4 1.80 6.7 p5 1.70 10.75 p6 1.68 3.5 p7 2.18 13.2 p8 2.64 8
Tabl. IV-3: permittivités et facteurs de pertes diélectriques de différents papiers à 2.45 GHz
Lorsque l'on dépose de la matière conductrice à la surface d'un papier absorbant, une migration de cette matière se produit à l'intérieur du papier. Il en résulte que la conductivité
du papier augmente et donc son facteur de pertes diélectriques aussi. Pour contrer cet effet, il serait possible de préparer le substrat papier en ajoutant un vernis à propriété hydrophobe.
Pour ces raisons, nous allons dans un premier temps concentrer la conception et la réalisation d'antennes sur substrat plastique.
De l’encre conductrice a donc été déposée par sérigraphie.
L'encre conductrice utilisée est composée de particules d'argent, liées entre elles par un élastomère fluoré et d'autres agents solvants qui disparaissent au séchage par évaporation.
Avant de mesurer les paramètres des antennes réalisées, nous avons mesuré la conductivité de l’encre. En effet cette dernière est nécessaire pour calculer l’épaisseur de peau et donc de vérifier si l’épaisseur d’encre déposée est bien supérieure à l’épaisseur de peau. Pour cela, nous avons donc dans un premier temps mesuré l’épaisseur de l’encre déposée grâce à un profilomètre (alpha-step) et la mesure “4 pointes”, méthodes décrites au chapitre II.
Durant ce travail, nous avons testé différentes encres conductrices sur différents substrats, aussi bien plastiques (PC et PBT) que papiers : des encres à base d’argent, à base de carbone, déposées par sérigraphie ou encore par impression numérique.
Dans un ordre chronologique, les premiers dépôts d’encres ont été réalisés par sérigraphie.
Nous présentons ainsi les résultats de deux groupes d'antennes. La différence initiale entre ces deux groupes relève de la grosseur de la maille du tissu à travers lequel a été déposée l'encre. La maille du second groupe a été volontairement diminuée afin d'augmenter la précision du dépôt.
# échantillons du groupe 1 PBT1 PBT2 PC3 PC4 PC5 PC6
h ± 0.01 (μm) 15 14 14 18 16 16
(σ± 0.07).104 (S.cm-1) 2.17 5.42 0.20 1.69 2.81 3.19
δ ± 0.1 (μm) 7.04 4.46 31.36 8.43 6.19 5.94
Tabl. IV-4: conductivité, épaisseur d'encre déposée et épaisseur de peau à 2.45 GHz, pour des échantillons du premier groupe
Nous présentons sur la première ligne du tableau les différents échantillons réalisés sur du PBT pour les deux premiers et sur du PC pour les quatre derniers. La seconde ligne met en évidence l'épaisseur moyenne d'encre conductrice déposée, ou encore la hauteur de marche h moyenne relevée au profilomètre.
L'exploitation des mesures du groupe 1, a montré un profil de surface d'encre uniforme et une épaisseur peu fluctuante, aidant ainsi le calcul de l'épaisseur moyenne. Sur les six échantillons réalisés et testés, cinq présentent une très bonne conductivité (rappelons que la conductivité du cuivre massif n'est que dix fois supérieur à celles présentées ici). Les
III. Propriétés des matières conductrices
peau à 2.45 GHz, sauf pour le cas PC3. En effet, il est à noter que l'échantillon PC 3 a subi un post-traitement particulier: au lieu que l'encre sèche à l'air (Fig. IV-4), ce qui est le cas pour les autres échantillons, elle a séché sous étuve et donc sous contrainte.
(a) (b)
Fig. IV-4: images d'antennes patch rectangulaires réalisées en encre conductrice sur PBT (a) et PC (b)
Le résultat visuel montre des craquelures, à travers lesquelles on distingue nettement le support plastique (Fig. IV-5).
Fig. IV-5: image des craquelures de l'encre conductrice occasionnées par le stress au séchage
La formation aléatoire des craquelures permet toutefois de garder une continuité électrique dont la surface totale conductrice est un ensemble de petites surfaces conductrices, liées entre elles par de fines lignes. Ces craquelures entraînent donc des pertes des propriétés conductrices, expliquant la faible valeur de conductivité et la grande valeur d'épaisseur de peau attendue.
L'exploitation des mesures du groupe 2, a été rendue ardue par le profil chaotique de l'encre déposée. L'observation au microscope a montré des cratères permettant de voir le substrat sous l'encre; et l'observation a travers la lumière du jour a révélé une inhomogénéité du dépôt. Il a donc été impossible de moyenner l'épaisseur d'encre conductrice, d'où l'apparition dans le tableau ci-dessous de valeurs minimales et maximales de cette épaisseur ou hauteur de marche h.
# échantillons du groupe 2 PC5 PC6 PC7 PC8
hmin ± 0.01 (μm) 4.73 5.25 5.96 3.79
hmax ± 0.01 (μm) 20 20 18 17
(σ ± 0.07).104 (S.cm-1) 2.04 1.67 1.49 1.52
δ ± 0.1 (μm) 7.11 7.88 8.33 8.24
Tabl. IV-5: conductivité, épaisseurs minimales et maximales d'encre déposée et épaisseur de peau à 2.45 GHz, pour des échantillons du second groupe
Notons ainsi, que pour les valeurs minimales de l'épaisseur d'encre, cette dernière n'excède pas l'épaisseur de peau à 2.45GHz. Nous supposons de ce fait que cela va engendrer une désadaptation, de l'antenne rectangulaire patch ainsi créée. Pour expliquer cela, regardons l'expression de l'impédance d'entrée de l'antenne. Elle est composée d'une partie réelle et d'une partie imaginaire:
Z
=R
+jX
. La partie réelle est elle-même composée de deux résistances: la résistance de rayonnement et celle d'atténuation, nulle dans le cas idéal (c'est le cas en conception d'antenne):R
=R
r +R
a,R
a ~0. Or dans notre cas la résistance d'atténuation n'est plus négligeable d'où une désadaptation (S11 diminue) et un décalage en fréquence. Ainsi, l'efficacité de l'antenne diminue également, ce qui signifie que l'antenne absorbera plus de puissance.Nous présenterons les conséquences sur les paramètres des antennes plus loin, dans le chapitre V.
Nous avons également mesuré les dimensions de la forme rayonnante une fois déposée. Ainsi ces paramètres géométriques et relatifs à la conductivité de l'encre, pourront être introduits lors des simulations, dans le but de comparer les mesures avec la théorie.
Nous décrivons brièvement dans cette partie, différentes méthodes de dépôt de matière conductrice. Nous distinguons les micro-dépots, largement utilisés en laboratoire de recherche, voire dans l'industrie microélectronique, des dépôts industriels, n'ayant au premier abord aucun lien avec notre étude.
Nous finirons cette partie par une comparaison entre les différentes méthodes, nous aidant ainsi à choisir la plus adaptée à notre problématique.